[發(fā)明專利]一種外延片制備方法、外延片及高電子遷移率晶體管

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210808421.1
• 申請(qǐng)日: 2022-07-11
• 公開（公告）號(hào): CN115148581A
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡加輝;劉春楊;呂蒙普;金從龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江西兆馳半導(dǎo)體有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/02
• 分類號(hào): H01L21/02;H01L29/778;H01L21/336;C30B25/18;C30B29/40
• 代理公司: 南昌旭瑞知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 36150
• 代理人: 劉紅偉

本發(fā)明公開了一種外延片制備方法、外延片以及高電子遷移率晶體管，該制備方法包括提供一襯底；以氮?dú)庾鳛檩d氣通入正己烷對(duì)所述襯底進(jìn)行碳化，以在所述襯底上生長(zhǎng)第一薄膜層，繼續(xù)通入正己烷和硅烷以在所述第一薄膜層上生長(zhǎng)第二薄膜層；依次在所述第二薄膜層上生長(zhǎng)成核層、高阻緩沖層、溝道層、插入層、勢(shì)壘層以及蓋帽層；其中，所述第一薄膜層與第二薄膜層均為SiC層。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中的外延片晶體質(zhì)量差的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種外延片制備方法、外延片及高電子遷移率晶體管。

背景技術(shù)

作為第三代半導(dǎo)體材料，GaN基材料具有禁帶寬度大、電子飽和漂移速度達(dá)、化學(xué)穩(wěn)定好、抗輻射耐高溫、易形成異質(zhì)結(jié)等優(yōu)勢(shì)，成為制造高溫、高頻、大功率、抗輻射的高電子遷移率晶體管(HEMT)結(jié)構(gòu)的首選材料。而GaN基異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有很高的載流子濃度和電子遷移率，其導(dǎo)通電阻小，并且禁帶寬度的優(yōu)勢(shì)使得其能夠承受很高的工作電壓。因此，GaN基HEMT被廣泛用于高溫高頻大功率器件、低損耗率開關(guān)器件等應(yīng)用領(lǐng)域。

目前，該領(lǐng)域生長(zhǎng)GaN薄膜的常用襯底為藍(lán)寶石(Al2O3)、碳化硅(SiC)和硅(Si)，其中藍(lán)寶石和SiC襯底外延生長(zhǎng)GaN薄膜已經(jīng)非常成熟，但其價(jià)格偏貴，特別是SiC價(jià)格昂貴，大大增加了生產(chǎn)成本高，而且藍(lán)寶石本身散熱效果不好，很難實(shí)現(xiàn)大尺寸外延生長(zhǎng)。因此，通常采用Si襯底外延生長(zhǎng)GaN薄膜，其導(dǎo)熱性好，可實(shí)現(xiàn)大尺寸外延，特別是6寸、8寸和12寸外延片，可降低生產(chǎn)成本，具有極大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。但Si襯底與GaN外延薄膜存在較大的晶格失配和熱失配，較大的晶格失配在外延生長(zhǎng)過程中產(chǎn)生的薄膜應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致外延薄膜晶體質(zhì)量下降，另外，在降溫過程中較大的熱失配產(chǎn)生的熱應(yīng)力會(huì)使外延薄膜表面產(chǎn)生裂紋，同樣使外延層晶體質(zhì)量下降。因此，為了制備出性能更加優(yōu)越的高電子遷移率晶體管仍需大量的深入研究。

現(xiàn)有技術(shù)中，由于Si襯底與GaN之間比較大的晶格失配和熱失配，在外延表面很容易形成裂紋，產(chǎn)生龜裂，從而限制了該技術(shù)的發(fā)展。為了減少裂紋，提高外延層質(zhì)量，常用采取方式有設(shè)置低溫A1N插入層/高溫A1N插入層，還有采用漸變層A1GaN、AlN/A1GaN超晶格等方法逐漸釋放晶格失配造成的應(yīng)力解決外延層表面裂紋和晶體質(zhì)量的難題。然而，這些常規(guī)方法都是從晶格失配角度去考慮，降低因晶格失配產(chǎn)生的應(yīng)力而導(dǎo)致外延薄膜表面裂紋的產(chǎn)生和晶體質(zhì)量的下降，而沒有解決熱失配產(chǎn)生的應(yīng)力，Si襯底與GaN薄膜之間依然存在很大的熱失配，進(jìn)而導(dǎo)致外延片的晶體質(zhì)量差。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，本發(fā)明的目的是提供一種外延片制備方法、外延片及高電子遷移率晶體管，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中的外延片在降低晶格適配時(shí)未考慮熱失配而導(dǎo)致晶體質(zhì)量差的問題。

本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種外延片制備方法，所述方法包括：

提供一襯底；

以氮?dú)庾鳛檩d氣通入正己烷對(duì)所述襯底進(jìn)行碳化，以在所述襯底上生長(zhǎng)第一薄膜層，繼續(xù)通入正己烷和硅烷以在所述第一薄膜層上生長(zhǎng)第二薄膜層；

依次在所述第二薄膜層上生長(zhǎng)成核層、高阻緩沖層、溝道層、插入層、勢(shì)壘層以及蓋帽層；

其中，所述第一薄膜層與第二薄膜層均為SiC層。

另外，根據(jù)本發(fā)明提出的外延片的制備方法，還可以具有如下的附加技術(shù)特征：

進(jìn)一步，上述外延片制備方法，其中，所述第一薄膜層與第二薄膜層的生長(zhǎng)溫度均為1100℃-1300℃。

進(jìn)一步，上述外延片制備方法，其中，所述第一薄膜層與第二薄膜層的生長(zhǎng)壓力均為30～70mbar。

進(jìn)一步，上述外延片制備方法，其中，所述第一薄膜層的生長(zhǎng)厚度小于所述第二薄膜層的生長(zhǎng)厚度。